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无损检测水果品质的方法及果品仪器清单 水果品质的主要评定指标通常包括糖度、酸度、成熟度、新鲜度、硬度等多种理化指标。传统的水果品质评定方法主要是化学分析法，需要耗费相当的化学试剂，测试分析过程烦琐，速度慢，通常用测定少量的样本来代替批次水果的品质，而且测试时必须破坏水果，在水果品质分级中实际意义不大。近年来兴起的无损检测法，依据水果物理力学、光学、电学、生物学特性，在不破坏水果本身测定了水果的相关理化指标，不需要化学试剂和烦琐的分析过程，方法简单、快捷，测试数据准确性高，有利于实现果品内部品质的在线分级控制，因此有广泛的应用前景。水果品质的无损检测法在国内外均有相当的研究，有的已得到商业应用。本文将介绍电特性测试法、动态特性测试法、近红外线测试法、声学特性分析法等几种水果无损检测法的测试原理。1、果品仪器电特性测试法水果的生物组织内部存在大量带电粒子形成的生物电场，水果在生长成熟、受损及腐败变质过程中的生物化学反应将伴随物质和能量的转换，导致生物组织内各类化学物质所带电荷量及电荷的空间分布的变化。生物电场的分布和强度，从宏观上影响水果的电特性。Thompson 等人研究了300900 MHz 频段内苹果电特性的变化规律，发现苹果电特性与其成熟度密切相关。Mclendon 等人发现在0.55 kHz频段内梨的介电常数和损耗角正切随频率增长而呈减小趋势。但随着梨的逐渐成熟，两者均逐渐增大。Nelson 等人在0.220 GHz 频段内对多种水果进行了研究，结果表明所测试的水果的介电常数随频率的增加均稳定减小。加藤宏郎在10 Hz13 MHz 频段内对比分析了损坏水果与正常水果在电特性方面的差异，结果表明损坏水果的串、并联等效电阻及阻抗在该频段内低于正常水果，而串联等效电容及损耗因数值则比正常水果大，串联等效电阻与水果的新鲜度或成熟度相关。水果内部品质与宏观电特性的关系如下：水果电特性的检测方法有切片、突刺、接触和非接触等方法，前二种属于有损检测，后二种将被测水果直接放入平板电极间测定其电特性参数，属于无损检测。水果电特性参数无损检测的电路原理见图1 。在给定的测量频率下，将被测水果置于平行电极之间作为电容器的内部介质，正弦波发生器输出的驱动电流I 流过由校准电阻R0和被检测水果作为介质的电容器构成的串联电路，通过2 个具有相同增益K的差分放大器的输出电压E1和E2，通过简单的代数运算，得到水果的复阻抗为式中：为角频率, =2 f ；f 为电场频率；R s ，C s 为水果的串联等效电阻和电容。只要计算出E1、E2之比的实部和虚部，即可求出串联等效电阻和串联等效电容，进而求出并联等效电阻、并联等效电容和复介电常数。这种测量方法与外界温度和水果的外形尺寸有重要关系。在低频段水果的电特性受温度的影响更大，随着温度的升高，阻抗将逐步减小，频率高于一定值时，温度的影响将变得很小; 一般说来，水果的尺寸越小，阻抗越大，在15 kHz 以下频段，阻抗值差别较大，这是由于电极间距不变时，水果尺寸直接影响到电极间介质填充量。水果内部品质与水果电特性参数之间的关系：在水果腐烂或有损伤时，相对介电常数将会明显上升，原因是水果腐烂后，细胞膜往往破损，离子通透性增加，等效阻抗减小，同时胶体结合水变成自由水，自由水的介电常数远远大于结合水，导致电容和相对介电常数增大；随着水果新鲜度的下降，它的自由水随呼吸作用消耗，有机酸及原果胶的含量逐渐减少，会导致相对介电常数减小，等效阻抗则趋于增大。2、 果品仪器动态特性测试法在不同预加载荷、激振功率、成熟程度等条件下，测定动态试验的弹性模量和相位角。测试原理是正弦交变应力- 应变动态试验作轴向加载时，正弦力由正弦波发生器经过放大器后，由电动式振荡器产生，一个压电加速度传感器固定到振荡器轴上，样品夹在两个圆盘之间，一个圆盘连接到振动器上，另一个经动态力传感器连接到刚性支撑之间，以测定静态预载荷，加速度和力传感器的信号经放大，通过水平和垂直通道输入存储示波器，通过调节功率放大器改变激振功率（测定输入激振器的功率获得激振功率），见图2 。实验时取果实对称二侧施加一定的预载荷/ 预载荷上下波动为+0.25 N，然后快速读取示波器显示的力，加速度和力与加速度间相位角等信号并存储，在一定频率的同批次实验结束后，在示波器上读取平均值和标准差值。3、 果品仪器近红外线测试法 近红外线波长为8002 500 nm，近红外线照射在果实上，果实中构成糖和酸的官能基（-OH，-CH2，- N H ）吸收与相应分子固有振动相一致的特定光线，近红外分光法就是利用上述特性，从被吸收的光量非破坏检测糖、酸、水分和叶绿素等成分的一种技术。该方法仅在建立标定线时破坏果实测定其化学成分，标定线作成后，只需测定样品的近红外线分光频谱，就可得到成分的预测值，还能在瞬间同时测定多个成分。在线近红外线内部品质检测技术分为反射光式和透过光式，透过光式又分为不完全遮光式和完全遮光式。反射光式测定法是将近红外线照射在果实赤道附近部位，并测定经内部扩散之后由果实表面反射光线的一种方法，检测原理如图3 所示。输送装置将果实输送到糖度检测装置处，照射在果实上的近红外光线经果实反射后，由集光器聚集，然后经过分光器（滤波器），仅取出一实波长的近红外线。滤波后的光线由光电元件变换成电信号，从而求出不同波长下的反射强度，再依据事先建立的多元回归糖度计计算模型（标定线）由反射强度推算出糖度。不完全遮光式透过光测定法测试原理如图4 所示。近红外线A 照射在果实表面上，透过果实内部的扩散光B 由设置在另一侧的感光传感器检测。该方法是反射式的改进，由于照射光和感光传感器设置在果实的两侧，减少了表面反射光对感光传感器的影响。工作时，照射光连续定常照射，位于光轴上的感光传感器用电子快门控制，仅当果实在适当位置时才检测。前部设置有果径检测传感器，果实经过其间时遮断光源，根据前部开始遮光和后部结束遮光的时间差求出果径，并判断出果实的中心，计算机以该中心位置为基准，确定开始、结束测定时刻，在该时间间隔内进行数次频谱测定，然后用平均值进行内部品质分析。完全遮光式透过光测定法测试原理如图5 所示，两组呈水平圆弧状排列的光源位于输送装置的上方，且对称排列在输送装置的两侧，水果由人工放在输送装置的果斗上。果斗中部有垂直通孔，与水果接触的表面内侧为海绵材料，可使水果表面与果斗紧密贴合；透过光测定部分位于输送装置的下方。水果随输送装置运动到测定装置时，水果周围呈圆弧状排列的光线均匀地照射在水果表面，透过水果内部的透过光，经果斗中部通孔由感光传感器检测。4、 果品仪器声学特性分析法 水果的声学特性是指水果在声波作用下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性、衰减系数和传播速度及其本身的声阻抗与固有频率等，它们反映了声波与水果相互作用的基本规律，故根据水果的声学特性即可判断水果的品质。Stone ML 利用声脉冲阻抗技术对田间西瓜成熟度进行无损测定，并对脉冲反应的频率范围参数和单个西瓜的糖分、果肉颜色、硬度和质量进行了比较。Duprat F 等人把声波脉冲响应技术检测了生长中的梨在收获前后硬度的变化，建立了梨硬度变换的一级模型。Mizrath 等人把超声波技术应用于鳄梨的无损品质检测中，并在超声波参数和鳄梨的成熟度之间建立了关系，还用超声波对芒果进行非破坏性试验，将超声波的探针与果皮接触，测量芒果果肉中超声波的衰减，建立了超声波衰减与硬度值及生理学指标之间的方程。 5、果品仪器水果无损检测的应用前景探讨我国是水果生产和消费大国，但人均占有量仍处于一个较低的水平。随着人民生活水平的不断提高，对水果的需求量在日益加大，对水果的品质也提出了更高的要求，人们选择水果也逐渐从以往的菜市场、街头小贩转移到大超市，未进行良好包装、分级的水果已很难登上超市的大雅之堂获得较高的售价，因此水果的分级是市场发展的必然要求。但传统的人工分级除了工效低外，还受操作者人为因素的影响，分级难以做到规范准确，而且分级的依据只能是水果的外观，对水果内部损伤和内部质量指标无法进行识别，实际上没有达到分级的根本意义分级应该首先是从水果内部品质考虑。化学分析法的缺陷也是非常明显的，它除了效率低和过程复杂外，还代价高昂，因此它只能更具实验室意义而非商业上的广泛应用。既然这两个方法都不适宜，而水果又必须分级，我们可以预料在不久的将来，水果的无损检测技术一定能得到广泛应用。 精品水果高产检测仪器清单仪器名称型号供应商功能简介仪器用途便携式，液晶汉字直接显示测量结NY-1D果，4 节 5 号电池便携式可带出野外。农药是把“双刃剑”，NY-8D8通道测试技术，彩色液晶大屏幕触对促进农业增产有着及摸屏显示。其重要的作用，但由于NY-16D16通道测试技术，彩色液晶大屏幕农药本身固有的化学性触摸屏显示。和对其使用不当，导致8 通道测试技术，液晶汉字大屏幕农药残留NY-8DL农产品农药残留超标，托普仪器显示，中文提示操作，自动预热。速测仪危害广大人民的身体健16 通道测试技术，液晶汉字大屏幕NY-16DL康。该农药残留速测仪显示，中文提示操作，自动预热。可以快速检测水果、蔬8 通道，七寸液晶大屏幕触摸屏显菜中的农药残留，从而NY-8DA示，可测有机磷、氨基甲酸脂，可能够有效的控制农药的接温度等传感器，一机多用。使用量。16 通道，七寸液晶大屏幕触摸屏显NY-16DA示，可测有机磷、氨基甲酸脂，可接温度等传感器，一机多用。水果糖度计适用于几乎任何果汁、食品与饮料等液体的测量，LCD 大TD-35托普仪器屏幕液晶数字显示，应用于农业、养殖、造酒、食品、饮料教官那个等各个行业。全液晶数字显示，范数字式水围：035%。测水果的含糖量。果糖度计TD-45托普仪器全液晶数字显示，范围：045%。PAL-1进口WZ-103托普仪器带有温度补偿，范围：032%。WZ-108托普仪器带有温度补偿，范围：080%。GY-1托普仪器用于判断水果的成熟程度。测苹果测水果的果实硬度。用和梨等较硬的水果。以判定水果的成熟程度，对培育良种、采摘GY-2托普仪器测香蕉草莓等较软水果。水果硬度时间、加工时间、收获计GY-3托普仪器软硬水果都可以测。储存、出口运输等采摘的合理掌握。GY-4托普仪器数显型水果硬度计，软硬水果都可以测。柑桔酸度GMK-835进口测定项目：橘子计范围：0.00 % 3.50 %测水果的酸度。柑桔酸度GMK-835A进口测定项目：柑桔计范围：0.00 % 3.50 %菠萝酸度GMK-835B进口测定项目：菠萝（凤梨）计范围：0.00 % 3.30 %测水果的酸度。葡萄酸度GMK-845进口测定项目： 葡萄计范围：0.00 % 2.50 %苹果酸度GMK-855进口测定项目： 苹果计范围：0.00 % 3.50 %梨子酸度GMK-855A进口测定项目：梨子计范围：0.00 % 3.00 %植物营养快速无损植物活体检测，可同时测为植物精确施肥提供依TYS-3N托普仪器量叶绿素、氮含量、叶面温度三个据。使果树充分利用有测定仪参数。机物。叶绿素的含量与叶片中快速无损植物活体检测,可同时测氮的含量有很密切的关叶绿素测系，通过叶绿素仪有利TYS-A托普仪器量叶绿素、叶面温度两个参数。带定仪于合理施加氮肥，提高上位机软件功能。氮的利用率，并可保护环境。果树叶片面积大小，是手持活体活体测定，可以在野外工作采用微作物生长情况、成熟程叶面积测YMJ-B托普仪器电脑技术，LCD 液晶显示，最大可度的一个重要指标，对量仪测 1000*160mm。播种和作物的采收有很大的参考价值。可在果树染病初期准确诊断植物染病源；细菌、果树病害大屏中文液晶显示并提供操作、使真菌和病毒均可检出，TPH-II托普仪器根据病原选择所需农药检测仪用简便。品种，对症下药，及时治愈植物病害，减免农民的损失。TPY-6A可测氮，磷，钾，酸碱度（定量），有机质，含盐量。用于果园土壤检测，为8通道同时检测样本,可测土壤及化果树精确施肥提供依土壤养分肥中的有效氮、速效磷、有效钾、托普仪器据，有效利用化肥，提速测仪有机质，还可接入二氧化碳、土壤TPY-8A升作物产量。可直接输盐分、光合有效辐射等传感器。内出施肥指导配方。置 GPS。内置的微型打印机可直接在本机打印测试结果。SDT-60托普仪器适用于各类土壤酸碱度的快速测土壤酸度定，深度 6CM。可用于直接检测土壤酸计度，提升作物品质。SDT-300托普仪器适用于各类土壤酸碱度的快速测定，深度 30CM。温湿光三参数是影响果温湿光三可同时检测和记录温湿度、光照强品生长的重要参数，该参数记录DJL-18托普仪器记录仪适用于温室环境度 3 个参数。仪及室外环境温度湿度光照强度的快速测定TZS-I托普仪器可直接测量显示土壤水分值。随时监测土壤水分，以土壤水分便了解土壤水分是否达可直接测量土壤水分值。可与计算测定仪TZS托普仪器到果树生长最适宜条机连接导出数据。件。土壤紧实点阵式液晶显示,自动记录数据并土壤紧实度对作物的生TJSD-750托普仪器存储,带 GPS 定位功能不同气象参长有一定的影响，了解度测定仪数的传感器接口可以互换,最多可该区域是否适合果树种储存 8000 组数据，既可在主机上查植条件和生长环境。看数据，也可导入计算机。点阵式液晶显示,自动记录数据并土壤紧实度对作物的生存储,带 GPS 定位功能不同气象参土壤紧实长有一定的影响，了解TJSD-750托普仪器数的传感器接口可以互换,最多可度测定仪该区域是否适合果树种储存 8000 组数据，既可在主机上查植条件和生长环境。看数据，也可导入计算机。TMJ-II可对任何不规则面积进行实时测试，亩和平方米可同时显示。可 GPS 测定经纬度，而GPS面积测且可以沿着土地走一圈托普仪器采用 7 寸 PDA，android4.1 系统，量仪可记录面积、长度、总价、周长。直接测量出土地的面TMJ-20114G 的 SD 卡，具有车载功能，并可积。观看电影、听音乐。TNHY-4托普仪器可同时记录温度、湿度、光照强度、可实时采集各项农业环手持果树CO2 浓度 4 个参数。境参数，广泛应用于设施果树、林业、园艺等气象监测可记录温度、湿度、光照强度、光领域，实现对设施果园仪TNHY-7托普仪器合有效辐射、CO2 浓度、土壤温度、综合生态信息自动监土壤水分 7 个参数。控，指导果树生产。果实色差可通过测量头单体进行测量，它具可测水果食品的色差和CR-400托普仪器有高精度、多功能的优点并且操作计色度，可接打印机。简便。全天候记录气温